一种污泥好氧堆肥方法
【专利摘要】本发明公开了一种污泥好氧堆肥方法。本发明所提供的方法是以绿化废物（如树枝切片）作为调理剂进行污泥好氧堆肥的方法，包括如下步骤：1）将所述污泥和所述绿化废物按照质量配比（2～4）：1，如3：1的比例混合，得到混合物；2）将步骤1）所得混合物进行堆肥，监测堆肥过程中堆体温度，在堆肥过程中，只要堆体温度达到60℃以上就进行一次翻堆，经过若干次推翻后，所述堆体温度降至30℃以下并不再升高时，堆肥结束。本发明以有机废物高温好氧堆肥为基础，利用绿化废物作为调理剂，对市政污泥进行处理，实现污泥无害化、资源化的同时上可消纳大量绿化废物，一举两得。可见，本发明具有广阔的应用前景。
【专利说明】一种污泥好氧堆肥方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种污泥好氧堆肥的方法。
【背景技术】
[0002]随着我国经济的高速发展，人们对生活环境质量要求提高，污水处理厂数量逐渐增加，污泥产量随之急剧增加。2010年底我国污泥产生量为2200万吨，2012年已达3000万吨左右，而这其中的80%未得到处理处置。污泥具有粘性大、含水率高等特点，同时富集了致病菌、寄生虫卵、重金属等，导致污泥处理难度大，利用困难。资源化是污泥未来处理的主要趋势，在众多资源化方法中，堆肥化可以有效地回收污泥中的营养成分，便于植物吸收，从而减少化肥的使用，获得经济效益和环境效益的双赢。堆肥产生的高温可以杀灭病原菌，同时堆肥可以使污泥中的有机物稳定化，高温蒸发水分也使得污泥体积大幅减小，方便后续处理，且成本低廉，操作简单，因此，诸多污泥处理工程采用好氧堆肥技术。在发达国家，污泥堆肥利用已经成为其处理处置的一条重要途径。在我国，2009年住建部、科技部《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策(试行)》，鼓励对符合标准的污泥采用高温好氧堆肥结合土地利用的工艺。
[0003]堆肥过程，即微生物好氧发酵的过程，污泥中小分子有机物透过微生物的细胞膜进入细胞被微生物分解利用，大分子有机物则首先吸附在微生物表面，被微生物分泌的胞外酶分解成小分子，再进入细胞。微生物通过自身合成与分解作用，把一部分有机物分解，释放出水、二氧化碳等无机物和生命活动所需的能量，另一部分的有机物转化成新的细胞物质供自身生长。由于污泥本身的特性，在堆肥前必须将污泥与调理剂混合，使其达到结构疏松、含水率降低、碳氮比升高的目的，以利于堆肥。目前常用的调理剂包括木屑、稻壳、稻草等。随着污泥量的增多，这些传统调理剂的来源已现短缺，同时传统调理剂在堆肥过程中自身也会降解，骨架作用逐渐削弱，且堆肥结束难以和腐熟污泥分离，回用受到限制。与此同时，随着人们对城市绿化要求越来越高，修剪树枝产量逐年增大。
【发明内容】
[0004]本发明是目的是提供一种低成本、快速的污泥好氧堆肥方法。
[0005]本发明所提供的污泥好氧堆肥的方法，是以绿化废物作为调理剂进行污泥好氧堆肥。
[0006]在所述方法中，所述污泥与所述绿化废物的质量配比为(2~4):1。
[0007]在本发明的一个实施例中，所述污泥与所述绿化废物的质量配比具体为3:1。
[0008]在所述方法中，所述绿化废物可为树枝。
[0009]更加具体的，所述树枝为厚2~IOmm (如3mm),直径I~5cm (如2~3cm)的树枝切片，主要来源于修剪树枝；所述树枝切片中水分的质量分数为10~25% (如25%)。
[0010]在所述方法中，所述污泥为取自生活污水处理厂的脱水污泥，其中水分的质量分数为60~85% (如85%)，挥发性固体(VS)的质量分数为40~80% (如62%)。[0011]所述挥发性固体(VS)的质量分数的测定方法如下:烘干的所述污泥550°C灼烧2h，损失质量占烘干样的质量百分比即为污泥中的所述挥发性固体(VS)的质量分数。
[0012]进一步，所述方法具体可包括如下步骤:
[0013](I)将所述污泥和所述树枝切片按照质量配比(2~4):1 (如3:1)的比例混合，得到混合物；
[0014](2)将步骤(1)所得混合物进行堆肥，监测堆肥过程中堆体温度，在堆肥过程中，只要堆体温度达到60°C以上就进行一次翻堆，经过若干次推翻，所述堆体温度降至30°C以下并不再升高时，堆肥结束。
[0015]在上述方法的步骤(2)中，进行堆肥时，将所述混合物堆成高0.8~1.5m、宽1.0~2.5m的条垛，堆体初始升温速率慢，进行第一次翻堆的时间约为堆垛后的第4±ld(如第4d)，以后每次翻堆与前一次翻堆的时间间隔为2~4天(以所述堆体温度达到60°C以上为翻堆依据)。
[0016]在本发明的一个实施例中，所述条垛的规格如下:高1.0m，宽1.8m，长5.0m。
[0017]在上述方法的步骤(2)中，所述堆体温度为:位于堆体内部垂直中轴线自上而下1/3处的温度(即堆体测温点位于堆体内部垂直中轴线自上而下1/3处)。
[0018]在实际应用中，在步骤(2)之后还可包括如下步骤:将所述堆体进行过筛，分离所述污泥与所述树枝切片，将所述污泥进行造粒、包装，作为营养土或土壤调理剂，将所述树枝切片作为新污泥堆肥的调理剂再次回用。
`[0019]在实际应用中，堆肥周期一般为15~45d (如26d)。
[0020]更加具体而言，本发明所提供的污泥好氧堆肥的方法，包括如下步骤:
[0021]I)污泥和绿化废物调理剂的准备:将绿化废物(如树枝)切成厚2~IOmm(如3mm),直径I~5cm (如2~3cm)的树枝切片，自然风干I~2d,使所述树枝切片中水分质量分数降为10~25% (如25%);污泥选择生活污水处理厂的脱水污泥，所述脱水污泥中水分质量分数为60~85% (如85%)，挥发性固体(VS)的质量分数为40~80% (如62%)。
[0022]2)条垛式堆肥:利用卡车在地磅秤上称量堆肥材料，将所述污泥与所述树枝切片按质量比(2~4):1 (如3:1)混合，之后利用铲车进行掺混，直至所述污泥均匀包裹所述树枝切片(整体呈现较均匀灰色)；再将所得污泥和树枝切片混合物在厂棚中堆成高0.8~
1.5m (如lm)、宽1.0~2.5m (如1.8m)(长度根据实验规模确定,如5m)的条垛,发酵4d左右(温度到达60°C以上)，之后用翻堆机进行翻堆，堆肥过程中，每2~4d翻堆一次(以堆体中发酵温度到达60°C以上为翻堆依据)，经过8~15次(如8次)推翻后，所述堆体温度降至30°C以下并不再升高，堆肥结束。
[0023]3)后处理:将堆体进行过筛，分离所述污泥与所述树枝切片；所述污泥进行造粒、包装工序，或作为基质土直接土地利用，所述树枝切片则作为新污泥堆肥的调理剂再次回用。
[0024]本发明堆肥过程中，堆体最高温可以达到71°C，55°C以上高温期可以维持21d，达到杀灭有害微生物的要求；污泥含水率可下降至48.34%，VS下降至46.66%，堆肥物理性状良好；堆肥后污泥N、P、K元素含量分别达到2.47%、1.38%和1.53%，重金属含量比原污泥进一步降低，种子发芽指数为70.86%，均满足《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质(GB/T23486-2009)))和《农用污泥中污染物控制标准(GB4284-84)》的相关要求。堆肥过程中，污泥pH值始终维持在6.5~8.5之间，无需人为调节。
[0025]本发明具有以下优点:
[0026]I)基建、运行费用低，能耗小，工艺操作流程简单，对工作人员的要求较低。所需设备简单，污泥处理量大。
[0027]2)本发明所使用调理剂为绿化废物(如，修剪树枝)，具有机械硬度较高、碳氮比高、含水率低等特点，同时其孔隙发达、比表面积大，附着能力强，能够对污泥起到很好的调质作用，增强堆肥效果。另外，随着人们对绿化的重视，绿化废物增量迅速，修剪树枝产生量大，本发明处理污泥同时也对绿化废物进行处置，一举两得。
[0028]3)相对于常规的如稻壳、木屑、稻草等调理剂，绿化废物调理剂具有更好的骨架支撑作用，堆肥过程中对堆体内氧气传导和含量的维持起到良好的作用。
[0029]4)由于修剪树枝基本不参与堆肥反应，始终维持良好的硬度和粒度，损失率低(一次利用后仅表面有所降解)，且堆肥后易与污泥分离，可重复使用，因此显著区别于稻壳、木屑、稻草、草炭灰等常规的掺入性调理剂，生产成本更低。
[0030]5)经过堆肥的绿化废物调理剂在重复使用时，不仅仍具备降低污泥含水率、调节碳氮比的作用，同时由于其表面及内部空隙内富集了经过驯化的微生物，还能发挥起爆剂的作用，使堆体迅速升温，从而缩短堆肥周期。
[0031]6)利用本发明技术，污泥经过一次堆肥后，其卫生学指标，挥发性固体含量，营养元素、重金属含量，种子发芽指数等都已达到相关标准要求，无需进行二次堆肥即可直接土地利用。
[0032]本发明以有机废物高温好氧堆肥为基础，利用绿化废物作为调理剂，对市政污水污泥进行处理，实现污泥无害化、资源化的同时上可消纳大量绿化废物，一举两得。该技术适用于中型以上规模的污泥堆肥厂，且既可用于新建污泥堆肥厂，也可用于已有污泥堆肥厂的改造，改造成本低，具有广阔的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1为不同处理组堆肥过程中堆体温度(以位于堆体内部垂直中轴线自上而下1/3处的温度为准)随堆肥时间变化图。
[0034]图2为不同处理组堆肥过程中污泥中挥发性固体(VS)的含量随堆肥时间变化图。
[0035]图3为不同处理组堆肥过程中污泥中水分的含量随堆肥时间变化图。
[0036]图4为不同处理组堆肥过程中污泥pH随堆肥时间变化图。
[0037]图5为污泥与绿化废物(树枝切片)质量配比为3:1实验组在堆肥前后干污泥中
重金属含量。
[0038]图6为污泥与绿化废物(树枝切片)质量配比为3:1实验组在堆肥前后干污泥中
营养兀素含量。
【具体实施方式】
[0039]下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
[0040]下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0041]实施例1、 以修剪树枝为调理剂的污泥堆肥工艺中试研究[0042]一、污泥好氧堆肥
[0043]实验组如下:
[0044]I)准备污泥和调理剂:取绿化废物一修剪树枝，用切削机切片，保证切片厚度为3mm左右，直径2~3cm。经过切削的树枝自然风干I~2d，保证利用前其水分质量分数降为25%左右。污泥选择生活污水处理厂的脱水污泥，其水分质量分数为85% (测定方法:污泥鲜样105°C烘箱烘干至恒重，损失质量占总质量百分比即为污泥中水分含量)，挥发性固体(VS)质量分数为62% (测定方法:烘干的污泥550°C灼烧2h，损失质量占烘干样的百分比即为污泥中VS含量)。
[0045]2)条垛式堆肥:利用卡车在地磅秤上称量出适当比例的堆肥材料，将污泥与树枝切片按质量比3:1的比例混合，之后利用铲车进行掺混，直至污泥均匀包裹树枝切片，堆体整体呈现较均匀灰色。再将堆体在厂棚中堆成条垛，条垛高lm，宽1.Sm，长5m左右。堆肥过程中，定时监测 堆体温度(测温点位于堆体内部垂直中轴线自上而下1/3处)，发酵4d左右，堆体温度达到60°C以上，用翻堆机进行翻堆以增加堆肥的通气性、散发发酵热以及将外缘未发酵部分向内翻使其充分腐熟。实验过程中，每2~4d翻堆一次(以堆体温度到达60°C以上为翻堆依据)。经过8次翻堆，直至发酵的第26d，堆体温度降至30°C以下并未再升高，堆肥结束。
[0046]3)后处理:将堆体进行过筛，分离污泥与树枝切片。污泥进行造粒、包装工序，可作为营养土或土壤调理剂直接土地利用，树枝切片则可作为新污泥堆肥的调理剂再次回用。
[0047]同时设置如下两组对照:
[0048]对照1:污泥与树枝切片质量配比为5:1，其余均同上。
[0049]对照2:以木屑为调理剂，污泥与木屑的质量配比为3:1，其余均同上。
[0050]实验进行三次重复。
[0051]二、污泥好氧堆肥效果检测
[0052]1、堆肥过程中堆体温度的测定
[0053]在堆体横截面的中垂线自上而下1/3处放置温度监测探头，沿着堆体长度方向每隔20cm放置一个温度监测探头，监测堆肥过程中堆体内部温度变化，取每天上午10:00时的检测数据。
[0054]结果显示，实验组在污泥发酵升温2~3d后，堆体即可达到65~70°C，且整个堆肥过程中，55°C以上高温期可以维持20d左右，符合《粪便无害化卫生标准(GB7959-87)》中杀灭污泥中致病菌和有害微生物虫卵的要求。不同处理组堆肥过程中堆体温度(测温点位于堆体内部垂直中轴线自上而下1/3处)随时间变化如图1所示。可以看出，在堆肥的26d里，污泥与树枝质量比为3:1的堆体温度最高，利于杀灭污泥中致病菌和有害微生物虫卵。
[0055]2、堆肥过程中污泥VS含量测定
[0056]在堆肥过程中，每两天采样一次，测定污泥中挥发性固体(VS)的质量分数。为了保证采样均匀，选取堆体长度方向中间截面，在中垂线距堆体表层向下IOcm处取样20g，同时在中垂线正左和正右50cm处堆体表层向下IOcm处各取20g样品,将60g样品混合均匀，作为一次采样。刮下适量污泥，作为待测样。VS测定方法如下:烘干的污泥550°C灼烧2h，损失质量占烘干样的百分比即为污泥中VS含量。实验重复测定3次，结果取平均值。
[0057]结果显示，随着堆肥时间的进行，三个处理组的污泥VS含量均呈现下降趋势，且污泥与树枝的质量比为3:1时下降趋势最为明显，如图2所示。当统计到第26d堆肥结束时，污泥与树枝的质量比为3:1堆体中污泥的VS含量已降至46.6%。
[0058]3、堆肥过程中污泥含水量测定 [0059]在堆肥过程中，每两天采样一次，测定污泥中水分的质量分数。为了保证采样均匀，选取堆体长度方向中间截面，在中垂线距堆体表层向下IOcm处取样20g，同时在中垂线正左和正右50cm处堆体表层向下IOcm处各取20g样品,将60g样品混合均匀，作为一次采样。刮下适量污泥，作为待测样。污泥含水率测定方法如下:污泥鲜样105°C烘箱烘干至恒重，损失质量占总质量百分比。实验重复测定3次，结果取平均值。
[0060]结果显示，随着堆肥时间的进行，三个处理组的污泥中水分含量均呈现下降趋势，且与相对于污泥与树枝质量比为5:1的堆体，污泥与树枝质量比为3:1堆体、污泥与木屑质量比为3:1堆体下降趋势更为明显，如图3所示。当统计到第26d堆肥结束时，污泥与树枝质量比为3:1的堆体污泥的水分含量已降至39.5%。
[0061]4、堆肥过程中污泥pH测定
[0062]在堆肥过程中，每两天采样一次，测定污泥的pH。为了保证采样均匀，选取堆体长度方向中间截面，在中垂线距堆体表层向下IOcm处取样20g，同时在中垂线正左和正右50cm处堆体表层向下IOcm处各取20g样品，将60g样品混合均匀，作为一次采样。刮下适量污泥，作为待测样。污泥PH值测定方法如下:污泥鲜样与去离子水按质量比1:10混合均匀，放置2min，待混合液稳定后用pH值剂测量。实验重复测定2次，结果取平均值。
[0063]结果显示，污泥与树枝质量比为5:1的堆体污泥pH呈现下降趋势，在第24d，其pH值已经低于6 ;而污泥与树枝质量比为3:1堆体和污泥与木屑质量比为3:1堆体的污泥pH始终维持在6.5~8.5之间，如图4所示。当统计到第26d堆肥结束时，污泥与树枝质量比为3:1堆体污泥的pH仍维持在6.5~8.5之间，适合微生物生长，无需进行调节。
[0064]5、堆肥前后实验组污泥中重金属含量测定
[0065]在堆肥前后分别对实验组进行采样，测定污泥中重金属一砷(As)、镉(Cd)、铬(Cr)、铜(Cu)、镍(Ni)、铅(Pb)和锌(Zn)的含量。为了保证采样均匀，选取堆体长度方向中间截面，在中垂线距堆体表层向下IOcm处取样20g，同时在中垂线正左和正右50cm处堆体表层向下IOcm处各取20g样品,将60g样品混合均匀，作为一次米样。刮下适量污泥,作为待测样。污泥重金属含量测定方法如下:将污泥的25°C风干样品研磨、过100目筛，经过微波消解，最后利用IRIS intrepid型全谱等离子发射光谱仪进行浓度测定。实验重复测定2次，结果取平均值。
[0066]结果如图5所示，与堆肥前相比，堆肥后污泥与树枝质量比为3:1堆体的污泥重金属含量下降，且其绝对含量较低，满足《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质(GB/T23486-2009)》和《农用污泥中污染物控制标准(GB4284-84)》的相关要求。
[0067]6、堆肥前后实验组污泥中营养元素含量测定
[0068]在堆肥前后分别对实验组进行采样，测定污泥中营养元素一氮(N)、磷(P)、钾(K)和碳(C)的质量分数。为了保证采样均匀，选取堆体长度方向中间截面，在中垂线距堆体表层向下IOcm处取样20g,同时在中垂线正左和正右50cm处堆体表层向下IOcm处各取20g样品，将60g样品混合均匀，作为一次采样。刮下适量污泥，作为待测样。污泥营养元素含量测定方法如下:P、K元素的测定方法同重金属测定方法；C、N元素的测定方法为将污泥25°C风干样品研磨、过100目筛后，利用CE440型元素分析仪进行测定。实验重复测定3次，结果取平均值。
[0069]结果如图6所示，与堆肥前相比，堆肥后污泥与树枝质量比为3:1堆体污泥中的营养元素氮(N)、磷(P)、钾(K)的损失较少，其中N的质量分数在堆肥后为2.41%，P的质量分数在堆肥后为1.38%，K的质量分数在堆肥后为1.53%，满足《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质(GB/T23486-2009 )》的相关要求。
[0070]7、堆肥后实验组污泥的种子发芽指数统计
[0071]种子发芽指数检测方法具体如下:利用堆肥25°C风干样品进行试验。将堆肥样品与去离子水按1:10 (W: V)混合，震荡2h，浸提液在5000r/min条件下离心分离20min，上清液经滤纸过滤待用。将滤纸置于无菌9cm培养皿，并均匀放入20粒大白菜种子，吸取5mL浸提液注入培养皿，之后将其放入培养箱中25°C恒温培养48h，取出并测量种子根长度。每个样品做2个平行样，同时用去离子水做空白试验(即如下计算式中的对照)。种子发芽指数 GI (germination index)计算式为:
[0072]
【权利要求】
1.一种污泥好氧堆肥方法，是以绿化废物作为调理剂进行污泥好氧堆肥。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:在所述方法中，所述污泥与所述绿化废物的质量配比为(2~4):1。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述污泥与所述绿化废物的质量配比为3:1。
4.根据权利要求1-3中任一所述的方法，其特征在于:所述绿化废物为树枝。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于:所述树枝为厚2~IOmm,直径I~5cm的树枝切片；所述树枝切片中水分的质量分数为10~25%。
6.根据权利要求1-5中任一所述的方法，其特征在于:所述污泥中水分的质量分数为60%~85%，挥发性固体的质量分数为40~80%。
7.根据权利要求1-6中任一所述的方法，其特征在于:所述方法包括如下步骤: (1)将所述污泥和所述绿化废物按照质量配比(2~4):1，如3:1的比例混合，得到混合物； (2)将步骤(1)所得混合物进行堆肥，监测堆肥过程中堆体温度，在堆肥过程中，只要堆体温度达到60°C以上就进行一次翻堆，经过若干次推翻后，所述堆体温度降至30°C以下并不再升高时，堆肥结束。
8.根据权利要求1-7中任一所述的方法，其特征在于:步骤(2)中，进行堆肥时，将所述混合物堆成高0.8~1.5m、宽1.0~2.5m的条垛，进行第一次翻堆的时间为堆垛后的第4±ld，以后每次翻堆与前一次翻堆的时间间隔为2~4d。
9.根据权利要求1-8中任一所述的方法，其特征在于:在步骤(2)之后还包括如下步骤:将所述堆体进行过筛，分离所述污泥与所述绿化废物，将所述绿化废物作为新污泥堆肥的调理剂再次回用。
【文档编号】C05F15/00GK103613418SQ201310586928
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2013年11月20日
【发明者】陆文静, 张喻, 王洪涛, 段振菡, 明中远 申请人:清华大学